कोर जीवविज्ञान अवधारणाओं सिखाने के लिए माउस स्तन ट्यूमर कोशिकाओं का उपयोग: एक साधारण लैब मॉड्यूल
Summary
A feasible laboratory module for biology undergraduates that explores advanced cellular and molecular concepts using animal cell culture is described. Students grow, characterize and manipulate a breast cancer cell model by exposure to chemotherapy agents. Cell viability is assayed through cell counting using both a standard and novel method.
Abstract
Undergraduate biology students are required to learn, understand and apply a variety of cellular and molecular biology concepts and techniques in preparation for biomedical, graduate and professional programs or careers in science. To address this, a simple laboratory module was devised to teach the concepts of cell division, cellular communication and cancer through the application of animal cell culture techniques. Here the mouse mammary tumor (MMT) cell line is used to model for breast cancer. Students learn to grow and characterize these animal cells in culture and test the effects of traditional and non-traditional chemotherapy agents on cell proliferation. Specifically, students determine the optimal cell concentration for plating and growing cells, learn how to prepare and dilute drug solutions, identify the best dosage and treatment time course of the antiproliferative agents, and ascertain the rate of cell death in response to various treatments. The module employs both a standard cell counting technique using a hemocytometer and a novel cell counting method using microscopy software. The experimental procedure lends to open-ended inquiry as students can modify critical steps of the protocol, including testing homeopathic agents and over-the-counter drugs. In short, this lab module requires students to use the scientific process to apply their knowledge of the cell cycle, cellular signaling pathways, cancer and modes of treatment, all while developing an array of laboratory skills including cell culture and analysis of experimental data not routinely taught in the undergraduate classroom.
Introduction
अक्सर स्नातक सामान्य जीव विज्ञान पाठ्यक्रम में, सेल चक्र विनियमन और कैंसर के विषयों पर छू रहे हैं, लेकिन इन पाठ्यक्रमों में सामग्री की चौड़ाई गहराई के लिए थोड़ा समय छोड़ देता है क्योंकि विस्तृत व्याख्या नहीं। इसके अलावा, स्नातक जीव विज्ञान के छात्रों को आम तौर पर पशु सेल संस्कृति के साथ जुड़े उन्नत तकनीकों को उजागर नहीं कर रहे हैं। लागू करने और वे क्या सीखा है का विश्लेषण करते हुए छात्रों, इन अवधारणाओं की एक गहरी समझ विकसित करने में मदद करने के लिए, एक प्रयोगशाला गतिविधि प्रयोगशाला गतिविधि 1 विस्तृत शोध के वाल्टर रीड आर्मी इंस्टीट्यूट (WRAIR) के एक संशोधन के रूप में विकसित किया गया था। प्रयोगशाला मॉड्यूल न्यायपालिका सेल संकेत दे रास्ते बढ़ रही है और एक कैंसर कोशिका मॉडल निस्र्पक, विकासशील और सेल गिनती के तरीकों को क्रियान्वित करने, विरोधी प्रफलन एजेंटों के साथ कोशिकाओं के इलाज के लिए इष्टतम समय के पाठ्यक्रम और खुराकों की स्थापना, और पहचान भी शामिल है कि एक कदम के लिहाज से, प्रयोगात्मक रणनीति का उपयोग करता है । प्रयोग भी ओपन के लिए अनुमति देता है-ended जांच।
इस गतिविधि के लिए आवश्यक तकनीक का सबसे एक ठेठ जीव विज्ञान शिक्षण प्रयोगशाला में पूरा किया जा सकता है। गतिविधि माउस स्तन ट्यूमर (एमएमटी) सेल लाइन की आकृति विज्ञान और विकास दर, मानव स्तन कैंसर 2 के लिए एक मॉडल निस्र्पक छात्रों के साथ शुरू होता है। स्तन कैंसर की वजह से अपनी आबादी में प्रसार, कॉलेज के आयु वर्ग के छात्रों के लिए अपने परिचित है, और उपलब्ध बड़े पैमाने पर डेटा का मॉडल कैंसर के रूप में चुना गया था। एमएमटी सेल लाइन विशेष रूप से यह अच्छी तरह से होती है, आसानी से प्राप्य है, क्योंकि चयनित एक छोटी दोहरीकरण का समय दिया है और विकसित करने के लिए आसान हो गया है। इसके अलावा, एमएमटी कोशिकाओं एस्ट्रोजन निर्भर सबसे अधिक महिला स्तन कैंसर के साथ संगत है, जो कर रहे हैं। छात्रों को तो जिसका कार्रवाई की व्यवस्था अच्छी तरह से छात्रों को अनुमति देने के लिए विविध रहे हैं दवाओं और उपचार की लंबाई के established.The एकाग्रता है कीमोथेरेपी दवाओं के साथ कोशिकाओं के इलाज से एमएमटी कोशिकाओं में न्यायपालिका सेल संकेत दे रास्ते की पहचानकोशिका विभाजन की दर पर इन चर के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए। इस गतिविधि के लिए कुंजी परख बस दो तरीकों में से एक का उपयोग कर, सेल गिनती की आवश्यकता है जो सेल व्यवहार्यता के लिए दृढ़ संकल्प है। प्रत्येक विधि मजबूत माइक्रोस्कोपी कौशल पर निर्भर करता है। छात्रों को एक मानक, hemocytometer का तरीका है और एक उपन्यास photomicroscopy विधि का उपयोग कर सेल व्यवहार्यता का निर्धारण और प्रस्ताव। उनके निष्कर्षों के आधार पर, वे प्रस्ताव कर सकते हैं और गतिविधि के लिए संशोधन का परीक्षण करें। छात्रों को तो अपने डेटा का प्रतिनिधित्व करते हैं और उनकी परिकल्पना को परिष्कृत और नया प्रयोगात्मक रणनीतियों वसीयत करने के लिए परिणामों की व्याख्या।
इस प्रयोगशाला गतिविधि जैविक विज्ञान में पढ़ाई नए या द्वितीय स्तर के छात्रों के लिए अनुकूल है। यह एक प्रथम वर्ष में सामान्य जीव विज्ञान या दूसरे वर्ष, आणविक / सेलुलर जीव विज्ञान पाठ्यक्रम पूरा किया जा सकता है कि एक एक सप्ताह प्रयोगशाला मॉड्यूल में सघन है। गतिविधि का उचित पूरा करने के लिए आवश्यक कौशल सी की एक सरणी के साथ बुनियादी गणित और बीजगणित, अपनेपन शामिलअयस्क प्रयोगशाला कौशल (जैसे, pipetting, समाधान बनाने, बाँझ तकनीक) सेल संस्कृति और स्प्रेडशीट सॉफ्टवेयर के प्रशिक्षक ज्ञान के साथ-साथ, डेटा विश्लेषण, बुनियादी प्रकाश माइक्रोस्कोपी और समय प्रबंधन,। आवश्यक अभिकर्मकों (उदाहरण के लिए, माउस स्तन ट्यूमर कोशिकाओं, एमएमटी 2), कीमोथेरेपी एजेंटों के कैंसर के लिए एक जानवर सेल लाइन मॉडल शामिल हैं (उदाहरण के लिए, Tamoxifen, curcumin, मेटफार्मिन, और एस्पिरिन), trypan नीले और सेल संस्कृति मीडिया (जैसे, ईगल न्यूनतम आवश्यक मध्यम ; उपयुक्त आपूर्ति करता है (उदाहरण के लिए, दाता घोड़े और भ्रूण गोजातीय सीरम) के साथ EMEM)। (; द्वितीय श्रेणी बीएससी), hemocytometer का, और डिजिटल माइक्रोस्कोपी सॉफ्टवेयर की जरूरत उपकरण एक औंधा प्रकाश डिजिटल कैमरा लगाव, कंप्यूटर, 100 मिमी और 24 अच्छी तरह से टिशू कल्चर प्लेट, सीओ 2 इनक्यूबेटर (या समतुल्य), जैव सुरक्षा कैबिनेट के साथ माइक्रोस्कोप शामिल हैं।
TEAC करने के लिए पशु सेल संस्कृति पर निर्भर है कि विशिष्ट प्रयोगशाला गतिविधियों का अच्छा उदाहरण हैंकोशिका जीव विज्ञान 3 में अवधारणाओं के बारे में एच स्नातक छात्रों। हालांकि कई (जैसे, रेडियोधर्मी आइसोटोप, जीना पशु ऊतक, उन्नत इमेजिंग उपकरण 1,4,5), (एक 400 स्तर के पाठ्यक्रम 6 के लिए उपयुक्त है, उदाहरण के लिए) काफी उन्नत कर रहे हैं कि प्रोटोकॉल का वर्णन आसानी से सुलभ नहीं हैं कि आपूर्ति या तकनीक की आवश्यकता होती है, या बहु सप्ताह या सेमेस्टर लंबे परियोजनाओं 6,7 की आवश्यकता होती है। यहाँ वर्णित प्रयोगशाला गतिविधि स्पष्ट है और आम प्रयोगशाला उपकरणों के साथ एक ही सप्ताह में आयोजित किया जा सकता है।
सारांश में, इस प्रयोगशाला मॉड्यूल को प्रभावी ढंग से परिचय है या बुनियादी और उन्नत प्रयोगशाला कौशल, प्रयोगात्मक डेटा विश्लेषण, पशु सेल संस्कृति की विधि और वैज्ञानिक प्रक्रिया है, जबकि शिक्षण सेल चक्र, सेलुलर संकेत दे रास्ते और कैंसर की अवधारणाओं को पुष्ट। प्रयोगशाला मॉड्यूल सरल और आर्थिक रूप से सुलभ है और ओपन एंडेड जांच के लिए लचीलापन और अवसर दोनों प्रदान करता है। गतिविधि छात्र रचनात्मकता को प्रोत्साहित करती हैएक नुस्खा एक गाइड के रूप में नहीं बल्कि काम करता है कि एक टेम्पलेट प्रयोगात्मक रणनीति प्रदान करके। यह याद रखने की आवश्यकता के रूप में सबसे महत्वपूर्ण बात यह गतिविधि संतुष्ट खिलता वर्गीकरण 8 की सभी शिक्षण डोमेन, समझ, लागू करने, विश्लेषण, मूल्यांकन और पाठ्यपुस्तक से बाहर है और वैज्ञानिक अनुसंधान की दुनिया में उन्हें खींचती है कि एक प्रक्रिया में छात्रों को उलझाने के द्वारा निर्माण।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक प्रयोगशाला मॉड्यूल पशु सेल संस्कृति की उन्नत तकनीकों के माध्यम से कोशिका जीव विज्ञान में विषयों की एक किस्म को पढ़ाने के लिए करना है कि प्रस्तुत किया है। मॉड्यूल मानव स्तन कैंसर के मॉडल है कि कोशिक?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is supported by the Joseph Alexander Foundation, the ASBMB Undergraduate Research Award, 2013-2014, and a Science Award Grant, Marymount Manhattan College, 2012-2013.
Materials
| Tissue Culture Hood | ESCO Labculture Reliant | Class II Type A2 Biological Safety Cabinet | |
| Waterjactor CO2 Incubator | CEDCO | Model 1510 | |
| Bright-line Hemocytometer | American Optical | with two separate grids | |
| Motic Images Plus | Mac OSX Verison 2.0 or higher | ||
| Gilson Pipetman | Rainin instrument co. inc | P-20D, P-200D, P-1000D | |
| CK30/CK40 Culture Microscope | Olympus | 4 objective inverted light microscope with camera | |
| 200 uL Pipet tips | MidSci | 40200C | |
| 1000 uL Pipet tips | MidSci | AVR4 | |
| 10 mL Seriological Pipets | TPP | TP94010 | |
| 24-well plates | CoStar- Tissue Culture Cluster | 3524 | 24 wells, 16 mm well diameter, Radiation sterilized |
| Trypan Blue Solution 0.4% | Sigma | T8154 | 100 mL, cell culture tested non-haz |
| Bright-line Hemacytometer replacement coverslip, non-haz | Sigma | Z375357 | |
| Mouse Mammary Tumor(MMT) cells | ATCC | CCL-51 | |
| Eagle Minimum Essentail Medium (EMEM) | ATCC | 30-2003 | 500 mL |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F0926 | 500 mL |
| Meformin Hydrochloride | Sigma | PHR1084 | 500 mg |
| Tamoxifen | Sigma | T5648 | white or white-yellow powder |
| Curmumin | Sigma | C1386 | yellow-orange powder |
| Aspirin | Sigma | A2093 | meets USP testing specifications |
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